JPS6240634B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、負荷の変化に対して、冷媒回路中を
流れる冷媒循環量を変化させ、負荷に応じて最高
冷凍能力を発揮させることができる冷媒量調節装
置の改良に関するものである。

従来、冷媒量調節装置を備えた冷凍装置は、第
１図に示すように、圧縮機ａ、凝縮器ｂ、絞り装
置ｃ、蒸発器ｄをそれぞれ環状に連結し、冷媒量
調節容器ｅを絞り装置ｃの途中の接続位置ｇに、
あるいは、絞り装置ｃと蒸発器ｄとの間に連結
し、さらに、圧縮機ａと蒸発器ｄとを連結する吸
入管ｆを冷媒量調節容器ｅに貫通させた構成が知
られている。

このような構成にした場合、絞り装置ｃと冷媒
量調節容器ｅとの接続位置ｇの冷媒は、気液二相
の飽和状態である。だから、もし、吸入管ｆが冷
媒量調節容器ｅを貫通していなければ、冷媒量調
節容器ｅの内部の冷媒状態は、絞り装置ｃと冷媒
量調節容器ｅとの接続位置ｇの冷媒と同じ飽和状
態になる。しかし、吸入管ｆが冷媒量調節容器ｅ
を貫通している場合には、通常、吸入管ｆの温度
は絞り装置ｃと冷媒量調節容器ｅとの接続位置ｇ
の温度よりも低いため、冷媒量調節容器ｅの内部
の冷媒の一部が凝縮する。よつて、絞り装置ｃと
冷媒量調節容器ｅとの接続位置ｇの冷媒の湿り度
よりも、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒の湿り度
の方が大きくなる。つまり、吸入管ｆの温度の方
が、前記接続位置ｇの温度よりも低い場合には、
冷媒量調節容器ｅに冷媒が蓄積されるだけであ
る。

上述した冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒状態の
負荷に対する変化を、第２図を用いて説明する。
冷媒量調節容器ｅの熱収支を考える場合、その主
な熱量は、冷媒量調節容器ｅの周囲の空気からの
熱伝達によつて冷媒量調節容器ｅに侵入する熱量
と、冷媒量調節容器ｅを貫通している吸入管ｆに
よつて冷媒量調節容器ｅから奪われる熱量とがあ
る。第２図は、横軸に冷凍装置の負荷の大きさを
とり、縦軸に冷媒量調節容器ｅへの侵入熱量をと
つて、冷凍装置の負荷変動に対する冷媒量調節容
器ｅの熱収支を説明したものである。ただし、侵
入熱量が負ということは、冷媒量調節容器ｅより
熱量が奪われることを意味している。第２図にお
いて、曲線ｑ１は負荷に対する周囲空気から侵入
する熱量の変化をあらわし、曲線ｑ２は負荷に対
する吸入管ｆから侵入する熱量の変化をあらわし
ている。そして、冷媒量調節容器ｅに侵入する全
熱量は、ｑ１とｑ２を加えた熱量になり、この全
侵入熱量は曲線ｑ３であらわしている。ここで、
曲線ｑ３上の点ｘは、冷媒量調節容器ｅへの侵入
熱量がないことを意味している。

ところで、冷媒量調節容器ｅが冷媒量の調節機
能を果たす場合は、この点ｘであらわされる負荷
をほぼ中心として、その前後のある範囲の負荷変
動の場合だけである。なぜなら、点ｘの負荷より
も負荷がかなり大きくなると、冷媒量調節容器ｅ
の内部の冷媒は常に過熱蒸気の状態となり、負荷
変動があつても冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒の
過熱度が変化するだけであつて、冷媒量調節容器
ｅの内部に蓄積される冷媒の質量には、ほとんど
変化がない。逆に、点ｘの負荷よりも負荷がかな
り小さくなると、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒
は常に過冷却液状態となり、負荷変動があつて
も、冷媒量調節容器ｅの内部の冷媒の過冷却度が
変化するだけであつて、冷媒量調節容器ｅの内部
に蓄積される冷媒の質量にはほとんど変化がな
い。しかし、冷凍装置が使用される通常の負荷の
範囲は、第２図の点ｍと点ｎで示される範囲であ
る。つまり、冷凍装置が使用される通常の負荷範
囲は、点ｘあらわされる負荷よりも、かなり低い
ということになる。

上記説明より明らかなように、結局、冷凍装置
が使用される通常の負荷範囲では、従来の冷媒量
調節容器ｅの内部は過冷却液で占められ、負荷が
極端に大きな範囲でしか冷媒量調節機能を果たさ
なく、冷凍装置が使用される通常の負荷の範囲で
は、ほとんど冷媒量の調節機能を果たさないとい
う欠点があつた。特に低負荷時には、圧縮機に液
戻りが生じるという短所があつた。

そこで、本発明は上記従来の欠点を解消し、負
荷の大きな範囲、冷凍装置が使用される通常の負
荷範囲、さらに、低負荷の範囲とすべての負荷範
囲の負荷変動に対しても、冷媒回路中を流れる冷
媒の量を変化させ、常に負荷に応じて、冷凍装置
に最高能力を発揮させることを可能にしたもので
ある。

本発明の一実施例を第３図、第４図および第５
図により説明する。第３図に示すように、圧縮機
１、凝縮器２、絞り装置３、蒸発器４をそれぞれ
環状に連結する。絞り装置３の途中の第一の接続
位置３ａには第一の冷媒量調節容器５が連結さ
れ、前記第一の接続位置３ａと蒸発器４との間に
位置する第二の接続位置３ｂには第二の冷媒量調
節容器６が連結されている。また、吸入管８は、
圧縮機１と蒸発器４とを連結している。また、凝
縮器２と絞り装置３とを連結する接続管７には分
岐管７ａが設けられ、この分岐管７ａの一端は、
接続管７の途中の分岐点７ｂに連結され、分岐管
７ａの他端は、前記接続管７の途中で、前記分岐
点７ｂよりも絞り装置３側に位置している合流点
７ｃに連結されている。さらに、第４図に示すよ
うに、吸入管８と分岐管７ａとは、それぞれ第一
の冷媒量調節容器５を貫通し、さらに、第５図に
示すように、前記吸入管８は第二の冷媒量調節容
器６をも貫通している。

上記した冷媒量調節装置の作用について、以下
に説明する。

一般に、負荷変動に対して、吸入管８の温度は
敏感に、かつ、大きく変化するが、第一の冷媒量
調節容器５と絞り装置３との接続位置３ａの温度
と、第二の冷媒量調節容器６と絞り装置３との接
続位置３ｂの温度とは、あまり変化しない。ま
た、第一の冷媒量調節容器５と第二の冷媒量調節
容器６に蓄積される冷媒の質量は、それぞれ吸入
管８の温度と第一の接続位置３ａの温度との差
と、吸入管８の温度と第二の接続位置３ｂの温度
との差に関係する。さらに、第二の接続位置３ｂ
は、第一の接続位置３ａよりも、蒸発器４側にあ
る。すなわち、第二の接続位置３ｂの飽和温度
は、第一の接続位置３ａの飽和温度よりも常に低
いため、第一の冷媒量調節容器５も第二の冷媒量
調節容器６も同じ吸入管８と熱交換するわけだ
が、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の湿り
度の方が、第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒
の湿り度よりも常に小さくなる。

今、ある設計熱負荷条件に対して、冷凍装置が
最高能力を発揮するように、必要冷媒が充てんさ
れているものとする。ある一定の負荷条件のもと
で、冷凍装置が運転されているとすると、吸入管
８の温度もある一定の温度に保たれる。この時、
第一の冷媒量調節容器５を貫通している吸入管８
の温度は、第一の冷媒量調節容器５と絞り装置３
と連続される第一の接続位置３ａの温度よりも、
負荷が大きい場合には高くなり、通常の負荷や低
負荷の場合には低くなる。また、分岐管７ａの温
度は前記第一の接続位置３ａの温度よりも高い。
このため、第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒
の温度は、第一の接続位置３ａの冷媒の温度より
も、高負荷の場合には高くなり、低負荷の場合に
は低くなる。また、通常の負荷では、第一の冷媒
量調節容器５の内部の冷媒は、第一の接続位置３
ａの冷媒の温度と等しい飽和温度を示すが、第一
の冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り度と第一
の接続位置３ａの冷媒の湿り度は異なることにな
る。

また、第二の冷媒量調節容器６を貫通している
吸入管８の温度は、第二の接続位置３ｂの温度よ
りも、通常の負荷や高負荷の場合には高くなる
が、低負荷の場合には、吸入管８は、第二の接続
位置３ｂとほぼ同じ温度となる。このため、第二
の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の温度は、第二
の接続位置３ｂの冷媒の温度よりも、通常の負荷
や高負荷の場合には、高くなる。また、低負荷で
は、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒は、第
二の接続位置３ｂの冷媒の温度と等しい飽和温度
を示すが、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒
の湿り度と第二の接続位置３ｂの冷媒の湿り度は
異なることになる。

冷媒量調節を行う際には、第一の冷媒量調節容
器５と第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の湿
り度の調節が重要であり、換言すると、冷媒の気
体状態と液体状態の比重量の差が大きいため、第
一の冷媒量調節容器５と第二の冷媒量調節容器６
の内部の冷媒の液相の割合の制御が重要である。

第６図は、横軸に分岐管７ａの管径をとり、縦
軸に第一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り
度をとつて、ある設計熱負荷条件のもとでの第一
の冷媒量調節容器５の内部の冷媒の液相の割合を
示したものである。例えば、第６図において、ｈ
点で示される管径の分岐管７ａを用いたとする
と、設計熱負荷条件のもとでは、第一の冷媒量調
節容器５の内部の冷媒の湿り度はｉとなる。この
ように、ある設計熱負荷条件のもとで、分岐管７
ａの管径を適当に選択することによつて、第一の
冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り度を適宜選
ぶことができる。

次に、冷凍装置が使用される通常の負荷範囲に
おける、冷媒量調節装置の作用について説明す
る。

今、ある負荷（例えば、設計熱負荷条件）のも
とで、冷凍装置が運転されているとする。第一の
冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り度（換言す
ると、第一の冷媒量調節容器５の内部に含まれる
冷媒の質量）は、第６図で示したように、分岐管
７ａの管径を適当に選択することによつて、任意
に選べる。それ故、第一の冷媒量調節容器５の内
部の冷媒は、ある気液二相の飽和状態である。ま
た、通常負荷の場合、先に説明したように、第二
の冷媒量調節容器６を貫通している吸入管８の温
度は、第二の接続位置３ｂの温度よりもかなり高
いため、第二の冷媒量調節容器６の内部は過熱蒸
気で占められる。

通常の負荷範囲以内で、上記の負荷よりも、負
荷が増加した場合について説明する。負荷が増加
ると、この負荷条件で冷凍装置が最高能力を発揮
できる冷媒量よりも、冷媒回路中を循環する冷媒
量が不足することになるので、過熱度の大きい冷
媒が吸入管８を通すつて、圧縮機１に吸い込まれ
ることになる。つまり、第一の冷媒量調節容器５
を貫通している吸入管８の温度は、負荷変動前よ
りも高くなる。このため、第一の冷媒量調節容器
５の内部の飽和液状態の冷媒が蒸発するので、第
一の冷媒量調節容器５の内部の冷媒の湿り度は小
さくなり、冷媒の液相の割合が小さくなる。その
結果、第一の冷媒量調節容器５の内部に含まれる
冷媒の質量は、負荷変動前と比較すると減少す
る。この減少した冷媒は、結局、絞り装置３の途
中の第一の接続位置３ａから、第一の冷媒量調節
容器５の内部の冷媒が、冷媒回路中に流れこんだ
冷媒であるため、不足していた冷媒回路中に冷媒
が補給されることになり、吸入管８の温度は減少
し、絞り装置３の途中の第一の接続位置３ａの温
度と釣合うことになる。また、第二の冷媒量調節
容器６の内部は、負荷変動前と同様、過熱蒸気で
占められるので、第二の冷媒量調節容器６に蓄積
される冷媒の質量は、ほとんど変化しない。

次に、通常の負荷範囲以内で、先に述べたある
負荷（例えば、設計熱負荷条件）よりも、負荷が
減少した場合について説明する。この負荷条件で
冷凍装置が最高能力を発揮する冷媒量よりも過剰
の冷媒が冷媒回路中を循環することになるので、
過熱度のほとんどない冷媒が、吸入管８を通つて
圧縮機１に吸い込まれる。つまり、第一の冷媒量
調節器５を貫通している吸入管８の温度は、負荷
が減少する前よりも、低くなる。このため、第一
の冷媒量調節容器５の内部の飽和蒸気状態の冷媒
が凝縮するので、第一の冷媒量調節容器５の内部
の冷媒の湿り度が大きくなり、冷媒の液相の割合
が大きくなる。その結果、第一の冷媒量調節容器
５の内部に含まれる冷媒の質量は、負荷変動前と
比較すると、増加する。この増加した冷媒は、結
局、冷媒回路中の冷媒が第一の冷媒量調節容器５
に流れこんだ冷媒であるため、冷媒回路中の過剰
な冷媒が除去されたことになり、吸入管８の温度
は上昇して第一の接続位置３ａの温度と釣合う。
また、第二の冷媒量調節容器６の内部は、負荷変
動前と同様、過熱蒸気で占められるので、その内
部に蓄積される冷媒の質量は、ほとんど変化しな
い。

次に、通常負荷よりも負荷がさらに高い場合
（高負荷）の冷媒量調節装置の作用について説明
する。

このように負荷が高くなると、吸入管８を通過
する冷媒の温度は、通常の負荷の場合よりも、さ
らに高くなるので、第一の冷媒量調節容器５の内
部は、ほとんど飽和蒸気あるいは過熱蒸気で占め
られることになる。このため、第一の冷媒量調節
容器５に含まれる冷媒の質量は、通常負荷の場合
よりも減少し、その減少した量の冷媒が、冷媒回
路中に補充されることになる。また、第二の冷媒
量調節容器６の内部は、通常負荷の場合と同様、
過熱蒸気で占められるので、その内部に蓄積され
る冷媒の質量は、ほとんど変化しない。

次に、通常の負荷範囲よりも、負荷がさらに低
い場合（低負荷）の冷媒量調節装置の作用につい
て説明する。

このように、負荷が低くなると、吸入管８を通
過する冷媒の温度は、通常負荷の場合よりも、さ
らに低くなるので、第一の冷媒量調節容器５の内
部は、ほとんど飽和液あるいは過冷却液で占めら
れることになる。このため、第一の冷媒量調節容
器５に含まれる冷媒の質量は、通常の負荷の場合
よりも増加し、その増加した量の冷媒が、冷媒回
路中から除去されることになる。また、このよう
に吸入管８の温度が低くなると、吸入管８の温度
と第二の接続位置３ｂの温度がほぼ等しくなるの
で、第二の冷媒量調節容器６の内部は、気液二相
の飽和状態となる。つまり、負荷の減少にしたが
つて、第二の冷媒量調節容器６の内部の冷媒の湿
り度は、大きくなり、その内部に含まれる冷媒の
質量は大きくなる。

第７図は、横軸に負荷の大きさをとり、縦軸に
第一の冷媒量調節容器５と第二の冷媒量調節容器
６の内部に蓄積される冷媒の質量をとつて、負荷
の変動に対する冷媒量の変化を示したものであ
る。第７図より明らかなように、高負荷、通常負
荷の範囲では、主として第一の冷媒量調節容器５
が冷媒量調節を行い、低負荷の範囲では、第二の
冷媒量調節容器６が冷媒量調節を行う。

次に、第８図に本発明による冷媒量調節装置の
他の実施例を示す。先に説明した第３図と第８図
との異なる点は、第３図では凝縮器２と絞り装置
３とを連結する接続管７から分岐させた分岐管７
ａを第一の冷媒量調節容器５に貫通させたことを
特徴としており、第８図では前記接続管７を分岐
させずに第一の冷媒量調節容器５に貫通させたこ
とを特徴としている点である。

第８図で示される冷媒量調節装置も、先の実施
例と同様の作用効果が得られる。ここで、第３図
と同一のものには同一の番号を付して、説明を省
略する。

なお、第３図、第４図、第５図および第８図に
示した例では、凝縮器２と絞り装置３とを連結す
る接続管７と、あるいは、前記接続管７から分岐
した分岐管７ａと吸入管８とを第一の冷媒量調節
容器５に貫通させ、さらに、吸入管８を第二の冷
媒量調節容器６に貫通させたものであるが、この
貫通させたことの意味は、接続管７、あるいは分
岐管７ａと吸入管８とをそれぞれ第一の冷媒量調
節容器５と熱交換させること、さらに、吸入管８
と第二の冷媒量調節容器６と熱交換させることに
ある。故に、接続管７、あるいは、分岐管７ａと
吸入管８とを第一の冷媒量調節容器５に接触させ
る、また、吸入管８を第二の冷媒量調節容器６に
接触させるなどして、熱交換させるように配設さ
せてもよい。

上述のように、本発明の冷媒量調節装置は、圧
縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器をそれぞれ
環状に連結し、第一の冷媒量調節容器を絞り装置
の途中の第一の接続位置に連結し、また、第二の
冷媒量調節容器を前記第一の接続位置と蒸発器と
の間に位置する第二の接続位置に連結し、凝縮器
と絞り装置とを連結する接続管を、または、前記
接続管から分岐した分岐管を前記第一の冷媒量調
節容器に熱交換的に配設させ、さらに、吸入管を
第一の冷媒量調節容器と第二の冷媒量調節容器と
に順次熱交換的に配設させたものである。このた
め、従来の冷媒量調節装置よりも広い範囲の負荷
変動に対して、冷媒量の調節が可能である。

さらに、従来の冷媒量調節装置と異なり、凝縮
器と絞り装置とを連結する接続管を、あるいは、
前記接続管の一部を分岐させた分岐管の第一の冷
媒量調節容器に熱交換的に配設させているため、
前記接続管の管径を、または、前記分岐管の管径
を選ぶことにより、設計熱負荷条件時に、第一の
冷媒量調節容器に蓄積できる冷媒量を任意に選択
できる。このため、設計時に考えられる最高負荷
条件と最低負荷条件に対して、冷媒量調節機能が
十分に果たせるように、容易に第一の冷媒量調節
容器の大きさを決定できるという利点がある。

又、本発明による冷媒量調節装置は、第二の冷
媒量調節容器を備えているので、特に、低負荷時
の負荷変動に対しても十分に冷媒量調節機能を果
たす。このため、低負荷時の圧縮機への液戻りを
完全に防止できる。

さらに、上記説明したように、第二の冷媒量調
節容器が低負荷時において、広範囲の冷媒量調節
機能を果たすので、比較的高い負荷条件におい
て、第一の冷媒量調節容器の冷媒量調節機能が果
たせるように、分岐管の管径を選択すれば、本発
明による冷媒量調節装置は、高負荷から低負荷ま
でのかなり広い範囲において、冷媒量調節機能を
行う。その結果、冷凍装置の実使用上における消
費電力の節約が大きいという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷媒量調節装置を備えた冷凍サ
イクル図、第２図は同冷媒量調節容器の熱収支を
示す説明図、第３図は本発明の一実施例における
冷媒量調節装置を備えた冷凍サイクル図、第４図
は本発明に用いられる第一の冷媒量調節容器を示
す一部断面拡大図、第５図は同第二の冷媒量調節
容器を示す一部断面拡大図、第６図は同第一の冷
媒量調節容器内の冷媒の湿り度を示す説明図、第
７図は同第一および第二の冷媒量調節容器内の冷
媒の質量変化を示す説明図、第８図は本発明の他
の実施例における冷凍サイクル図である。 １……圧縮機、２……凝縮器、３……絞り装
置、４……蒸発器、５……第一の冷媒量調節容
器、６……第二の冷媒量調節容器、７……接続
管、８……吸入管、３ａ……第一の接続位置、３
ｂ……第二の接続位置、７ａ……分岐管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器をそ
   れぞれ環状に連結し、前記絞り装置の途中の第一
   の接続位置に第一の冷媒量調節容器を連結すると
   共に前記第一の接続位置と蒸発器との間に位置す
   る第二の接続位置に第二の冷媒量調節容器を連結
   し、前記凝縮器と絞り装置とを連結する接続管
   を、前記第一の冷媒量調節容器に熱交換的に配設
   させ、さらに、前記圧縮機と蒸発器を連結する吸
   入管を第一の冷媒量調節容器と第二の冷媒量調節
   容器とに順次熱交換的に配設させてなる冷凍装置
   における冷媒量調節装置。